基于Matlab的脉冲编码仿真课程设计说明书 精品Word文档下载推荐.docx
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专业课程设计任务书
2012-2013学年第2学期 第17周-19周
题目
基于Matlab的脉冲编码调制
内容及要求
1.以TP3067为核心设计调制系统;
2.设计PCM解调系统;
3.调制、解调信号必须一致。
进度安排
17周:
查找资料,进行系统软件方案设计;
18周:
软件的分模块调试;
19周:
系统联调;
设计结果验收,报告初稿的撰写。
学生姓名:
李明
指导时间:
每周一、二、三、四
指导地点:
E楼610室
任务下达
2013年6月17日
任务完成
2013年7月5日
考核方式
1.评阅□ 2.答辩□3.实际操作□ 4.其它□
指导教师
程宜凡
系(部)主任
付崇芳
摘要
本课题结合MATLAB软件的Simulink仿真功能与S-函数的仿真扩展功能,完成了对脉冲编码调制(PCM)系统的仿真与建模分析。
课题中主要分为三部分对脉冲编码调制(PCM)系统原理进行仿真建模与仿真分析,它们分别为采样、量化和编码原理的仿真建模。
同时仿真分析了采样与欠采样的波形、均匀量化与非均匀量化的量化误差、A律13折线和μ律15折线的量化误差、PCM与DPCM系统的量化噪声。
通过对脉冲编码调制(PCM)系统原理的这些仿真分析,在教学中将会有很大的应用价值。
关键词:
脉冲编码调制(PCM);
Simulink仿真;
量化误差
目录
前言....1
第一章设计任务...2
第二章脉冲编码原理概述...............................................................................................3
2.1PCM过程分析....................................................................................................3
2.2基于simulink的PCM仿...................................................................................4
第三章采样5
3.1采样原理5
3.2采样仿真及参数5
第四章量化7
4.1量化原理7
4.2量化仿真8
4.3量化误差......10
第五章编码18
5.1编码原理18
5.2编码仿真19
第六章综合20
6.1仿真框图及各部分简介.....................................................................................20
6.2各部分参数设置..................................................................................................21
6.3示波器的波形显示..............................................................................................23
第七章体会......................................................................................................................24
参考文献..............................................................................................................................25
前言
脉冲编码调制(PCM)包括采样、量化、编码。
其中,量化又分为均匀量化和非均匀量化;
PCM编码技术又分为A律13折线编码和μ律15折线编码。
主要包括对采样、量化、编码三部分进行仿真,以及对1.采样与欠采样的波形比较2.均匀量化、非均匀量化与A律13折线比较。
本次项目的主要目的是:
在通信原理教学上,作为一种更先进的教学手段使学生在学习脉冲编码调制(PCM)技术时更形象更直观,这样不但可以提高教师教学效率,也可以培养学生对学习通信原理的兴趣。
同时,如果学校搭建通信系统实验室将需要很大的资金投入,但如果采用MATLAB的仿真技术直接在计算机上进行通信仿真实验则可以省去大量资金。
另外,实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统,对这个系统作出的任何改变(如改变了某个参数的设置、改变系统的结构等)都可能影响到整个系统的性能和稳定。
因此,在计算机上直接进行通信系统仿真实验将会很方便。
第一章设计任务
根据系统的工作原理,利用MATLAB软件工具实现脉冲编码调制(PCM)系统的设计与仿真,观察仿真波形,并绘制相关的图形;
通过编程设置对参数进行调整,可以调节输出信号的显示效果。
PCM即脉冲编码调制,是一种用二进制数字代码来代替连续信号的抽样值,从而实现通信的方式。
PCM系统的原理方框图如图1所示。
在编码器中由冲激脉冲对模拟信号抽样,得到在抽样时刻上的信号抽样值,此抽样值仍为模拟量。
在它量化之前,通常用保持电路将其作短暂保存,以便电路有时间对其进行量化。
图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量,然后在编码器中进行二进制编码。
这样,每个二进制码组就代表一个量化后的信号抽样值。
译码器的原理和编码过程相反。
模拟信号输入抽样保持量化器编码器PCM信号输出
冲激脉冲
(a)编码器
PCM信号输入译码器模拟信号输出
(b)译码器
图1-1-1PCM原理方框图
要求:
1.使用Simulink工具箱进行仿真;
2.并对模拟信号进行量化处理,观察均匀量化和非均匀量化的波形。
第二章脉冲编码原理概述
2.1PCM过程分析
PCM即脉冲编码调制,在通信系统中完成将模拟信号变成数字信号功能。
PCM的实现主要包括三个步骤完成:
抽样、量化、编码。
是把连续的输入信号变换为在时间域和振幅域上都离散的量,然后再把它变换为二进制代码进行传输。
其功能是完成模-数转换,实现连续消息数字化。
在脉冲编码通信的接收段,首先由已受噪声干扰的波形中进行检测和再生,从而恢复原来的PCM信号。
然后由译码设备把代码还原为量化的采样值。
最后经过低通滤波器恢复原信号,完成与发送端相反的变换,即实现数-模转换。
根据CCITT的建议,为改善小信号量化性能,采用压扩非均匀量化,有两种建议方式,分别为A律和μ律方式,我国采用了A律方式,由于A律压缩实现复杂,常使用13折线法编码,采用非均匀量化PCM编码示意图见下图。
图2-1-1PCM原理框图
本次课设,我们只研究脉冲编码这一部分,即采样、量化、编码三个过程。
图2-1-2脉冲编码调制原理
2.2基于simulink的PCM仿真
Simulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建摸、仿真和分析的工具包。
Simulink提供了专门用于显示输出信号的模块,可以在仿真过程中随时观察仿真结果。
simulink具有良好的交互界面,通过分析窗口和示波器模拟等方法,提供了一个可视的仿真过程,不仅在工程上得到应用,在教学领域也得到认可,尤其在信号分析、通信系统等领域。
其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统。
本文主要阐述了如何利用simulink实现脉冲编码调制(PCM)。
系统的实现通过模块分层实现,模块主要由PCM编码模块、PCM译码模块、及逻辑时钟控制信号构成。
通过仿真设计电路,分析电路仿真结果,为最终硬件实现提供理论依据。
在MATLAB工作区中输入“Simulink”并回车,或单击MATLAB工具栏上的按钮,就进入了Simulink模型库。
采用Simulink进行建摸和仿真时,一般是从Simulink模型库中提供的模块出发,通过组合各种模块来完成模块的设计。
Simulink模型库提供了一种模块的集成环境,通过它可以快速地开发各种仿真模型。
本课题用到SourceCoding(信源编码模块库),其包含各种用于实现抽样和量化功能的模块。
第三章采样
3.1抽样
所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。
该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息,也就是说能无失真的恢复原模拟信号。
它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。
如果一个连续信号f(t)的频谱中最高频率不超过fh,当抽样频率fS≥2fh时,抽样后的信号就包含原连续的全部信息。
这就是抽样定理。
3.2采样仿真
图3-2-1采样仿真
图3-2-2采样示波器参数设置
通过示波器观察欠采样结果如图所示,采样周期为1/8000。
图3-2-3采样仿真图
第一幅图为输入周期信号,第二幅图为采样信号,第三幅图为采样后的周期信号。
y(t)就是对f(t)采样后的信号或称样值信号,可以用下式表示:
y(t)=f(t)·
k(t)
任何情况下,采样都应该满足采样定理,即一个频带限制在(0,fH)赫内的时间连续信号m(t),如果以T≤1/2fH秒的间隔对它进行等间隔采样,则m(t)将被所得到的采样值完全确定。
第四章量化
4.1量化原理
抽样信号虽然是时间轴上离散的信号,但仍然是模拟信号,其样值在一定的取值范围内,可有无限个值。
为了实现以数字码表示样值,必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”,使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。
这一过程称为量化。
模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。
实际中,往往采用非均匀量化。
在非均匀量化时,量化间隔是随信号抽样值的不同而变化的。
信号抽样值小时,其量化间隔也小;
反之,量化间隔就大。
图4-1-1模拟信号的量化
模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。
由于均匀量化存在的主要缺点是:
无论抽样值大小如何,量化噪声的均方根值都固定不变。
因此,当信号较小时,则信号量化噪声功率比也就很小,这样,对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。
通常,把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围,可见,均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。
为了克服这个缺点,实际中,往往采用非均匀量化。
非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。
对于信号取值小的区间,其量化间隔也小;
它与均匀量化相比,有两个突出的优点。
首先,当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度(实际中常常是这样)时,非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比;
其次,非均匀量化时,量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。
因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同,即改善了小信号时的量化信噪比。
量化则是将取值连续的采样变成取值离散的采样
实际中,非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。
通常使用的压缩器中,大多采用对数式压缩。
广泛采用的两